JPH09199315A - クエンチ検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低い常電導電圧でのクエンチの検出を可能と
すると共に、超電導コイルの両方向に対称的に発生した
クエンチの検出も可能にしたクエンチ検出器を得ること
である。 【解決手段】 超電導コイル６の両端及び中間に合計４
個の電圧タップ７〜１０を設け、それらのうちの１個を
基準電圧タップとし、基準電圧タップを含んだ３個の電
圧タップの異なる組み合わせの２組を選択し、それぞれ
の組について入力端子２〜５を介して所定のブリッジ端
子に接続して２組のブリッジ回路１１、１２を並列に構
成し、２個のブリッジ回路１１、１２の出力端子及び基
準電圧タップを所定のブリッジ端子に接続して出力段の
ブリッジ回路１３を構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導コイルのク
エンチを検出するためのクエンチ検出器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に、超電導コイルは低温に維持され
電気抵抗がほぼ零の状態の超電導状態で運転される。こ
の超電導状態が何らかの原因で常電導状態に変化するク
エンチ現象が生じることがあり、その場合、直ちに超電
導コイルの運転を停止する必要がある。このようなクエ
ンチ現象を検出するものとしてクエンチ検出器が設けら
れている。

【０００３】図２に、従来のクエンチ検出器の構成図を
示す。図２に示すクエンチ検出器１は、ブリッジ回路部
分のみを示し、ブリッジ回路部分以外の構成要素につい
ては省略している。

【０００４】クエンチ検出器１は３個の入力端子３１、
３２、３３を有しており、これらの入力端子３１、３
２、３３は、超電導コイル６に設けられた３個の電圧タ
ップ３５、３６、３７にそれぞれ接続されている。電圧
タップ３５、３７は超電導コイル６の両端に設けられ、
電圧タップ３６は超電導コイル６の中央の位置に設けら
れている。

【０００５】一方、クエンチ検出器１の入力端子３１、
３２、３３は、ブリッジ回路３８のブリッジ端子３９、
４０、４１にそれぞれ接続されている。電圧タップ３６
はブリッジ回路３８の入力側中間端子であるブリッジ端
子４０に接続されるので、基準電圧タップ３６と呼ばれ
ている。

【０００６】また、ブリッジ回路３８のブリッジ端子３
９とブリッジ端子４２との間のブリッジ辺には可変抵抗
Ｒａが接続され、ブリッジ端子４１とブリッジ端子４２
との間のブリッジ辺には固定抵抗器Ｒｂが接続されてい
る。

【０００７】そして、ブリッジ回路３８の出力端子４
３、４４からブリッジ出力電圧Ｅが出力される。すなわ
ち、入力側中間端子であるブリッジ端子４０は出力端子
４４に接続され、ブリッジ端子４２は出力端子４３に接
続される。したがって、ブリッジ端子４２とブリッジ端
子４０との間の電圧が出力端子４３、４４を介して後続
の回路に接続される。

【０００８】ここで、基準電圧タップ３６と電圧タップ
３７との間の電圧をＶａ、電圧タップ３５と電圧タップ
３７との間の電圧をＶｂとすると、ブリッジ出力電圧Ｅ
は次の（１）式で与えられる。

【０００９】 Ｅ＝｛Ｒａ／（Ｒａ＋Ｒｂ）｝Ｖｂ−Ｖａ …（１） いま、超電導コイル６に小電流Ｉを通電したときに発生
する電圧に対し、可変抵抗Ｒａを変えて、以下の（２）
式を満たす状態にする。

【００１０】 （２）式を満たす状態となったときに、ブリッジ出力電
圧Ｅは零となり、ブリッジ回路３８はバランスする。

【００１１】この状態で、通電電流Ｉを大きくしたとき
に超電導コイル６がクエンチした場合、ブリッジ回路３
８の出力電圧Ｅとしては、次の電圧ΔＥが発生する。

【００１２】 ΔＥ＝｛Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）｝ΔＶｂ−ΔＶａ …（３） ＝（１／２）ΔＶｂ−ΔＶａ ここに、たとえばクエンチが基準電圧タップ３６と電圧
タップ３７との間に生じ、その場合の常電導部の発生電
圧を２Ｖｎとすると、ΔＶａ、ΔＶｂ、ΔＥは以下のよ
うになる。

【００１３】ΔＶａ＝２Ｖｎ …（４） ΔＶｂ＝２Ｖｎ …（５） ΔＥ＝−Ｖｎ …（６） したがって、ブリッジ出力電圧Ｅによりクエンチの検出
が可能となり、従来のクエンチ検出器では、出力端子４
３と出力端子４４との間のブリッジ出力電圧Ｅを監視す
ることによりクエンチを検出している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のクエンチ検出器では、次の（Ａ）、（Ｂ）に述べ
るような欠点があった。 （Ａ）ブリッジ回路３８のバランスの調整精度は可変抵
抗Ｒａの調整精度によって決まるので、より低い常電導
電圧でクエンチを検出する必要のある用途に対しては、
従来のクエンチ検出器の適用は困難である。 （Ｂ）基準電圧タップ３６を中心に超電導コイル６の両
方向に対称的に常電導部が拡がってクエンチする場合に
は、ブリッジ電圧に常電導電圧が発生しないので、クエ
ンチの検出ができない。

【００１５】すなわち、この場合、ΔＶｂ、ΔＶａは、
（７）式及び（８）式のようになる。

【００１６】ΔＶｂ＝２Ｖｎ …（７） ΔＶａ＝Ｖｎ …（８） ここで、ΔＶｂがΔＶａの２倍になるのは、基準電圧タ
ップ３６を中心に超電導コイル６の両方向に対称的に常
電導部が拡がった場合には、電圧タップ３５と電圧タッ
プ３７との間の電圧ΔＶｂは、常電導部の電圧そのもの
になり、電圧タップ３６と電圧タップ３７との間の電圧
は、常電導部の電圧の１／２になるからである。この
（７）式及び（８）式を（３）式に代入すると、（９）
式のようになる。

【００１７】ΔＥ＝０ …（９） つまり、クエンチが発生してもブリッジ回路３８の出力
端子４３、４４に出力電圧ΔＥが発生しないので、クエ
ンチの検出をすることができない。

【００１８】本発明の目的は、より低い常電導電圧での
クエンチの検出を可能とすると共に、超電導コイルの両
方向に対称的に発生したクエンチの検出も可能にしたク
エンチ検出器を得ることである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、超電
導コイルの両端及び中間に合計４個の電圧タップを設
け、４個の電圧タップのうちの１個を基準電圧タップと
し、基準電圧タップを含んだ３個の電圧タップの異なる
組み合わせの２組を選択し、それぞれの組について入力
端子を介して所定のブリッジ端子に接続して２組のブリ
ッジ回路を並列に構成し、２個のブリッジ回路の出力端
子及び基準電圧タップを所定のブリッジ端子に接続して
出力段のブリッジ回路を構成し、各々のブリッジ回路の
出力端子に発生する電圧を各々のブリッジ回路の可変抵
抗により調整して検出精度を高め、出力段のブリッジ回
路における出力端子の電圧により超電導コイルのクエン
チを検出するようにしたものである。

【００２０】請求項１の発明では、３個のそれぞれのブ
リッジ回路で検出精度の調整を行い、並列に接続された
２個のブリッジ回路は、クエンチが発生した場合それぞ
れ超電導コイルの異なる場所の電圧を基に出力端子に電
位を発生し、出力段のブリッジ回路は、それらを統合し
た電圧を出力端に発生する。

【００２１】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、超電導コイルの両端に設けた電圧タップのうちいず
れか一方を基準電圧タップとしたものである。

【００２２】請求項２の発明では、基準電圧タップとし
て超電導コイルの両端に設けた電圧タップのうちいずれ
か一方の電圧タップとする。従って、その電圧タップの
電圧が基準電圧となる。

【００２３】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、超電導コイルの中間に設けた２個の電圧タップのう
ちいずれか一方を基準電圧タップとしたものである。

【００２４】請求項３の発明では、基準電圧タップとし
て超電導コイルの中間に設けた２個の電圧タップのうち
いずれか一方の電圧タップとする。従って、その電圧タ
ップの電圧が基準電圧となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の実施の形態を示す構成図である。
図１に示すクエンチ検出器１は、ブリッジ回路部分のみ
を示し、ブリッジ回路部分以外の構成要素については省
略している。

【００２６】図１において、クエンチ検出器１は４個の
入力端子２、３、４、５を有しており、これらの入力端
子２、３、４、５は、超電導コイル６に設けられた４個
の電圧タップ７、８、９、１０にそれぞれ接続される。
電圧タップ７、１０は超電導コイル６の両端に設けら
れ、電圧タップ８、９は超電導コイル６の中間の位置に
設けられている。

【００２７】クエンチ検出器１のブリッジ回路部分は、
３個のブリッジ回路１１、１２、１３から構成され、ブ
リッジ回路１１とブリッジ回路１２とは並列に接続さ
れ、出力段のブリッジ回路１３は、スイッチ１４、１
５、１６を介してブリッジ回路１１及びブリッジ回路１
２に直列に接続されている。

【００２８】そして、各々のブリッジ回路１１、１２、
１３における出力側ブリッジ端子間のブリッジ辺には、
可変抵抗器Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、固定抵抗器Ｒ１
２、Ｒ２２、Ｒ３２が設けられている。すなわち、ブリ
ッジ回路１１のブリッジ端子１７とブリッジ端子２０と
の間のブリッジ辺には可変抵抗Ｒ１１が接続され、ブリ
ッジ端子１９とブリッジ端子２０との間のブリッジ辺に
は固定抵抗Ｒ１２が接続されている。同様に、ブリッジ
回路１２のブリッジ端子２１とブリッジ端子２４との間
のブリッジ辺には可変抵抗Ｒ２１が接続され、ブリッジ
端子２３とブリッジ端子２４との間のブリッジ辺には固
定抵抗Ｒ２２が接続されている。さらに、出力段ブリッ
ジ回路１３のブリッジ端子２５とブリッジ端子２８との
間のブリッジ辺には可変抵抗Ｒ３１が接続され、ブリッ
ジ端子２７とブリッジ端子２８との間のブリッジ辺には
固定抵抗Ｒ３２が接続されている。

【００２９】ここで、本発明におけるクエンチ検出器１
の各々のブリッジ回路１１、１２、１３は、以下のよう
に接続して構成される。 （１）超電導コイル６に設けられた４個の電圧タップ
７、８、９、１０のうち、どれか１本を基準電圧タップ
に選ぶ。図１の実施の形態では電圧タップ１０を基準電
圧タップに選んでいる。 （２）この基準電圧タップ１０と、各々のブリッジ回路
１１、１２、１３の入力側中間端子であるブリッジ端子
１８、２２、２６とをそれぞれ結線する。 （３）ブリッジ回路１１、ブリッジ回路１２の入力電圧
を選定する。図１の実施の形態では、電圧タップ９と電
圧タップ１０との間の電圧をＶ１、電圧タップ８と電圧
タップ１０との間の電圧をＶ２、電圧タップ７と電圧タ
ップ１０との間の電圧をＶ３とし、電圧Ｖ２及び電圧Ｖ
３をブリッジ回路１１の入力電圧とし、電圧Ｖ１及び電
圧Ｖ２をブリッジ回路１２の入力電圧に選んで結線して
いる。 （４）ブリッジ回路１１の出力電圧Ｅ１（ブリッジ端子
１８とブリッジ端子２０との間の電圧）と、ブリッジ回
路１２の出力電圧Ｅ２（ブリッジ端子２２とブリッジ端
子２４との間の電圧）とが、出力段のブリッジ回路１３
の入力電圧となるように結線する。 （５）出力段のブリッジ１３の出力電圧Ｅ３（ブリッジ
端子２６とブリッジ端子２８との間の電圧）がクエンチ
検出器１のブリッジ回路部分の出力電圧（出力端子２９
と出力端子３０との間の電圧）となるように結線する。

【００３０】このように、本発明のクエンチ検出器１に
おいては、超電導コイル６の両端及び中間に設けられた
４個の電圧タップ７、８、９、１０のうちの１個を基準
電圧タップとし、その基準電圧タップを含んだ３個の電
圧タップの異なる組み合わせの２組を選択し、それぞれ
の組について入力端子を介して所定のブリッジ端子に接
続して２組のブリッジ回路１１、１２を並列に構成す
る。そして、２個のブリッジ回路１１、１２の出力端子
及び基準電圧タップを所定のブリッジ端子に接続して出
力段のブリッジ回路１３を構成する。

【００３１】次に、本発明のクエンチ検出器１における
各々のブリッジ回路１１、１２、１３の調整法は以下の
とおりである。 （１）超電導コイル６に小電流Ｉを通電し、超電導コイ
ル６に小電圧が発生している状態においてブリッジ調整
を行う。 （２）まず、ブリッジ回路１３以降の回路の影響を除く
ため、スイッチ１４、１５、１６を開とする。この状態
で、可変抵抗Ｒ１１、Ｒ２１を変えてブリッジ回路１１
の出力電圧Ｅ１及びブリッジ回路１２の出力電圧Ｅ２が
零近くになるように調整する。 （３）次に、スイッチ１４、１５、１６を閉じ、可変抵
抗Ｒ３１を変えて、出力段のブリッジ回路１３の出力電
圧Ｅ３を零とする。以上でクエンチ検出器１のブリッジ
調整が終了する。

【００３２】このように、本発明のクエンチ検出器１で
は、各々のブリッジ回路１１、１２、１３の各々の出力
端子に発生する電圧を各々のブリッジ回路１１、１２、
１３の可変抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１により調整して
検出精度を高め、出力段のブリッジ回路１３における出
力端子２９、３０の電圧により超電導コイル６のクエン
チを検出する。

【００３３】ここで、超電導コイル６の電圧タップ８又
は電圧タップ９を中心として超電導コイル６の両方向に
対称的に常電導部が拡がり、超電導コイル６がクエンチ
した場合に、出力段のブリッジ回路１３の出力電圧Ｅ３
にクエンチを反映した電圧が現れることについて説明す
る。

【００３４】いま、超電導コイル６に設けられた４個の
電圧タップのうち、電圧タップ８及び電圧タップ９は、
超電導コイル６の３等分された位置に設けられていると
する。この場合の電圧タップ７からの電圧Ｖ３及び電圧
タップ８からの電圧Ｖ２を入力するブリッジ回路１１に
ついて説明する。電圧Ｖ３と電圧Ｖ２との関係は、（１
０）式で示され、可変抵抗Ｒ１１を（１１）式の条件を
満たすように調整すると、ブリッジ回路１１のブリッジ
出力電圧Ｅ１は、（１）式に（１０）式及び（１１）式
を代入して、（１２）式に示すように零と設定すること
ができる。これにより、ブリッジバランスの調整が可能
である。

【００３５】 Ｖ３／Ｖ２＝３／２ …（１０） Ｒ１１／Ｒ１２＝１／２ …（１１） Ｅ１＝［｛Ｒ１２／（Ｒ１１＋Ｒ１２）｝（Ｖ３／Ｖ２）−１｝］Ｖ２ ＝｛（２／３）（３／２）−１｝＝０ …（１２） この状態で、電圧タップ８を中心に、超電導コイル６の
両方向に対称的に常電導部が拡がってクエンチした場合
には、ΔＶｂ、ΔＶａは、（１３）式及び（１４）式の
ようになる。

【００３６】ΔＶ３＝２Ｖｎ …（１３） ΔＶ２＝Ｖｎ …（１４） ここで、ΔＶｂがΔＶａの２倍になるのは、上述したよ
うに、電圧タップ８を中心に超電導コイル６の両方向に
対称的に常電導部が拡がった場合には、電圧タップ７と
電圧タップ１０との間の電圧ΔＶｂは、常電導部の電圧
そのものになり、電圧タップ８と電圧タップ１０との間
の電圧は、常電導部の電圧の１／２になるからである。

【００３７】この（１３）式及び（１４）式、さらに
（１１）式を（３）式に代入すると、ブリッジ回路１１
の出力電圧ΔＥ１は（１５）式に示されるようになる。

【００３８】 これにより、電圧タップを中心に常電導状態になるクエ
ンチが発生したとしても、そのクエンチ検出が可能とな
る。

【００３９】以上述べたように、この発明の実施の形態
によれば、３個のブリッジ回路を組み合せてブリッジバ
ランスを調整するので、検出精度を向上させることがで
きる。また、電圧タップ８、９の位置を変えることによ
り、電圧タップを中心に常電導状態になるクエンチが発
生したとしても、そのクエンチの検出が可能となる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ブ
リッジ回路１１、１２と、出力段のブリッジ回路１３と
の２段のブリッジ回路で調整を行うため、ブリッジ回路
のバランスの調整精度が向上する。また、超電導コイル
６の電圧タップ８又は電圧タップ９を中心として超電導
コイル６の両方向に対称的に常電導部が拡がり、超電導
コイル６がクエンチしたとしても出力電圧Ｅ３にクエン
チを反映した電圧が現れる。したがって、電圧タップを
中心に超電導コイルの両方向に対称的に常電導部が拡が
るクエンチが発生したとしても、そのクエンチの検出が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す構成図。

【図２】従来例の構成図。

【符号の説明】

１ クエンチ検出器 ２、３、４、５ 入力端子 ６ 超電導コイル ７、８、９、１０ 電圧タップ １１、１２ ブリッジ回路 １３ 出力段のブリッジ回路 １４、１５、１６ スイッチ １７〜２８ ブリッジ端子 ２９、３０ 出力端子 ３１、３２、３３ 入力端子 ３５、３６、３７ 電圧タップ ３８ ブリッジ回路 ３９、４０、４１ ４２ ブリッジ端子 ４３、４４ 出力端子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導コイルの両端及び中間に設けられ
   た電圧タップを入力端子を介して所定のブリッジ端子に
   接続してブリッジ回路を構成し、前記ブリッジ回路の出
   力端子に発生する電圧を前記ブリッジ回路の可変抵抗に
   より調整して検出精度を調整し、前記ブリッジ回路の出
   力端子の電圧により前記超電導コイルのクエンチを検出
   するようにしたクエンチ検出器において、前記超電導コ
   イルの両端及び中間に合計４個の電圧タップを設け、前
   記４個の電圧タップのうちの１個を基準電圧タップと
   し、前記基準電圧タップを含んだ３個の電圧タップの異
   なる組み合わせの２組を選択し、それぞれの組について
   前記入力端子を介して所定のブリッジ端子に接続して２
   組のブリッジ回路を並列に構成し、前記２個のブリッジ
   回路の出力端子及び前記基準電圧タップを所定のブリッ
   ジ端子に接続して出力段のブリッジ回路を構成し、前記
   各々のブリッジ回路の出力端子に発生する電圧を前記各
   々のブリッジ回路の可変抵抗により調整して検出精度を
   高め、前記出力段のブリッジ回路における出力端子の電
   圧により前記超電導コイルのクエンチを検出するように
   したことを特徴とするクエンチ検出器。
2. 【請求項２】 前記超電導コイルの両端に設けた電圧タ
   ップのうちいずれか一方を前記基準電圧タップとしたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のクエンチ検出器。
3. 【請求項３】 前記超電導コイルの中間に設けた２個の
   電圧タップのうちいずれか一方を前記基準電圧タップと
   したことを特徴とする請求項１に記載のクエンチ検出
   器。